Kahulugan ng kuryente
Sa loob ng isang konduktor tulad ng tanso, may mga electron na malayang gumagalaw at random sa matataas na bilis ngunit hindi tumatakas mula sa metal. Ang mga electron na maaaring gumalaw nang malaya ay tinatawag na mga free electron. Bagama't malayang gumagalaw ang mga electron sa lahat ng direksyon, walang netong daloy ng mga electron sa anumang partikular na direksyon. Nangyayari ang kondisyong ito kapag walang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang dulo ng alambreng tanso.
Kapag ang alambre ay nakakonekta sa isang pinagmumulan ng kuryente, isang potensyal na pagkakaiba ang lumilitaw sa pagitan ng dalawang dulo ng alambreng tanso, kaya lumilikha ng isang electric field sa alambreng tanso. Ang pagkakaroon ng isang electric field ay nagiging sanhi ng mga malayang elektron na makaranas ng puwersang elektrikal na F = q E = e E, kung saan ang F = puwersang elektrikal, e = karga ng elektron, E = electric field . Ang puwersang elektrikal ay nagiging sanhi ng lahat ng malayang gumagalaw na elektron na makaranas ng isang karaniwang acceleration sa parehong direksyon ng puwersang elektrikal.
Ang mga malayang elektron na ito, na magkakasamang gumagalaw, ay matatagpuan sa pagitan ng mga nakatigil na atomo sa alambreng tanso, na nagiging sanhi ng pagbangga ng lahat ng elektron sa mga atomong ito. Ang mga banggaang ito ay nagiging sanhi ng pagbabago ng direksyon ng paggalaw ng mga malayang elektron. Ang lahat ng mga elektron na ito ay patuloy na napapailalim sa isang puwersang elektrikal, na nagiging sanhi ng kanilang pagbilis sa parehong direksyon ng puwersang elektrikal. Pagkatapos gumalaw nang ilang sandali, ang mga malayang elektron ay muling bumangga sa mga atomo sa alambreng tanso. Gayunpaman, ang mga malayang elektron ay palaging napapailalim sa isang puwersang elektrikal, na nagiging sanhi ng muling pagbilis ng lahat ng elektron.
Kaya, bukod sa paggalaw nang random sa iba't ibang direksyon, lahat ng malayang elektron ay mabagal ding gumagalaw nang magkasama sa direksyon ng puwersang elektrikal at sa kabaligtaran na direksyon ng larangang elektrikal. Ang direksyon ng larangang elektrikal ay mula sa mataas na potensyal na elektrikal patungo sa mababang potensyal na elektrikal, habang ang mga elektron ay gumagalaw mula sa mababang potensyal patungo sa mataas na potensyal. Ang random na paggalaw ng bawat malayang elektron ay may napakabilis na bilis, habang ang kolektibong paggalaw ng mga malayang elektron sa direksyon ng puwersang elektrikal ay may napakabagal na bilis. Ang kolektibong paggalaw na ito ng mga malayang elektron sa direksyon ng puwersang elektrikal ay tinatawag ding drift velocity.
Ang kuryente ay binibigyang kahulugan bilang ang daloy ng karga ng kuryente sa isang cross-section ng isang konduktor sa loob ng isang partikular na agwat ng oras. Ayon sa kumbensyon, ang direksyon ng kuryente ay kapareho ng direksyon ng paggalaw ng mga positibong karga. Ang kasunduang ito ay ginawa bago pa man malaman na ang aktwal na gumagalaw sa isang konduktor ay mga malayang, negatibong kargadong elektron. Ang direksyon ng paggalaw ng elektron sa isang konduktor ay kabaligtaran ng direksyon ng kuryente. Samakatuwid, kapag pinag-uusapan ang daloy ng kuryente sa isang konduktor, ang ibig sabihin ay ang daloy ng mga positibong karga, na kilala rin bilang conventional current dahil ito ang resulta ng kasunduang ito.
Pormula ng kasalukuyang kuryente
Sa matematika, ang kuryente ay ipinapahayag ng equation:
I = ΔQ / Δt
Paglalarawan ng pormula: I = kuryente, ΔQ = dami ng karga ng kuryente, Δt = agwat ng oras.
Yunit ng kuryente
Ang yunit ng karga ng kuryente ay ang Coulomb, ang yunit ng oras ay ang segundo, kaya ang yunit ng kuryente ay ang Coulomb/segundo. Ang Coulomb/segundo ay tinatawag ding Ampere , na ipinangalan sa Pranses na pisiko na si Andre Marie Ampere (1775-1836). 1 Ampere = 1 Coulomb/segundo (1 A = 1 C/s). Sa madaling salita, ang kuryenteng 1 Ampere ay katumbas ng karga ng kuryenteng 1 Coulomb na dumadaan sa isang cross-sectional area ng alambre sa loob ng 1 segundo. Bukod sa pagpapahayag nito sa Amperes, ang kuryenteng 1 nA ay pagpapahayag din nito sa milliamperes (1 mA = 10 -3 A), microamperes (1 μA = 10 -6 A), nanoamperes (1 nA = 10 -9 A) o picoamperes (1 pA = 10 -12 A).
Halimbawang tanong 1:
Isang kuryenteng 2 Amperes ang dumadaloy sa isang alambre sa loob ng 8 segundo. Tukuyin ang magnitude ng karga na dumadaan sa isang punto at ang bilang ng mga electron sa karga na iyon!
Pagtalakay
Alam na:
Agos ng kuryente (I) = 1 Amperes
Agwat ng oras (t) = 2 segundo
Nagtanong: karga (Q) at bilang ng mga elektron (e)
Sagot:
Pormula ng kasalukuyang kuryente:
Ako = Q/t
Paglalarawan ng pormula: I = kuryente, Q = karga ng kuryente, t = agwat ng oras
Karga ng kuryente:
Q = I t = (2 Ampere)(8 segundo) = 16 Coulomb.
Ang karga ng isang elektron ay 1,6 x 10 -19 Coulombs kaya ang karga na 16 Coulombs ay may kasing dami ng mga elektron ng 16 C / 1,6 x 10 -19 Coulombs = 10 x 10 19 na mga elektron.
Agos ng kuryente, bilis ng pag-anod at densidad ng kasalukuyang
Isaalang-alang ang isang positibong karga na gumagalaw pakanan na may bilis ng pag-anod na v sa direksyon ng isang electric field E sa isang konduktor na may cross-sectional area A. Ang positibong karga ay gumagalaw sa layo na s = vt sa loob ng isang agwat ng oras na t.
Kung ang bilang ng mga charged particle kada volume (charged particle density) ay n at ang volume ng konduktor ay A s = A vt, ang bilang ng mga charged particle sa volume ng konduktor ay n A v t. Kung ang bawat charged particle ay may charge na q, ang dami ng charge na dumadaan sa dulo ng konduktor sa loob ng time interval na t ay Q = nq A v t. Kaya ang electric current na dumadaloy sa dulo ng konduktor ay I = Q/t = nq A v. Habang ang current density o current kada cross-sectional area A ay J = I/A = nq v. Mahihinuha na ang current na dumadaloy sa konduktor ay resulta ng multiplikasyon ng density ng mga charged particle (n), ang magnitude ng charge ng bawat particle (q), ang cross-sectional area ng konduktor (A) at ang drift speed ng mga charged particle (v).
Pag-aralan ang sumusunod na halimbawa ng problema upang maunawaan ang pagkakaiba sa pagitan ng bilis ng bawat may kargang partikulo at ng bilis ng pag-anod ng lahat ng may kargang partikulo.
Halimbawang tanong 2:
Isang pare-parehong kuryente na 10 Amperes ang dumadaloy sa isang alambreng tanso na may cross-sectional area na 3 x 10-6 m2Ang densidad ng malayang elektron ay 8,4 x 1028 mga elektron/m3Tukuyin ang bilis ng pag-anod ng mga malayang elektron!
Pagtalakay
Alam na:
Agos ng kuryente (I) = 10 Amperes
Lawak ng cross-sectional ng alambre (A) = 3 x 10-6 m2
Densidad ng malayang elektron (n) = 8,4 x 1028 m-3
Karga ng elektron (q) = 1,6 x 10-19 C
Nagtanong: Bilis ng malayang pag-anod ng elektron (v)
Sagot:
Ang bilis ng mga electron ay kinakalkula gamit ang dating hinangong pormula:
Paglalarawan: I = kuryente, n = densidad ng mga naka-charge na particle = densidad ng mga libreng electron, q = karga ng isang electron, A = cross-sectional area ng konduktor, v = bilis ng electron drift
Ang bilis ng electron drift ay 0,248 x 10 -3 metro/segundo = 0,248 milimetro/segundo.
Ang mga malayang elektron ay sama-samang gumagalaw sa isang alambre sa bilis na 0,248 milimetro bawat segundo. Sa madaling salita, bawat segundo, lahat ng malayang elektron ay gumagalaw ng 0,248 milimetro. Ito ay isang napakabagal na bilis. Kung ang paggalaw ng mga malayang elektron ay napakabagal, bakit agad na bumubukas ang ilaw elektrikal pagkatapos buksan ang switch?
Upang maunawaan ito, isaalang-alang ang daloy ng mga electron sa isang konduktor bilang daloy ng tubig sa isang hose. Kung ang hose ay puno ng tubig, kung ang isang dulo ng hose ay konektado sa isang gripo, ang tubig ay agad na aagos palabas ng kabilang dulo. Gayundin, may mga malayang electron sa alambreng tanso at sa alambre ng bumbilya. Kapag nakabukas ang switch, isang electric field ang nabubuo na may bilis na papalapit sa bilis ng liwanag (bilis ng liwanag = 3 x 108 metro /segundo), na nagiging sanhi ng agarang paggalaw ng mga malayang electron. Mayroon nang mga malayang electron sa alambre ng bumbilya, kaya agad na umiilaw ang bumbilya.
